JP2012030280A - 双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凝固金属ストリップを目標形状に制御し得、凝固金属ストリップ自体の品質向上と、鋳造後に実施される圧延プロセスでのピンチロールの機能不全並びに圧延後の凝固金属ストリップの皺や亀裂の発生を防止し得る双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】鋳造ロール１の冷却流路２に供給される冷却流体Ｃの流量Ｆを調節する冷却流体流量調節手段４を設けると共に、凝固金属ストリップの幅方向両端部の板厚に応じて、前記冷却流路２に供給する冷却流体Ｃの流量Ｆを調節することにより、熱伝達率を変化させ、鋳造ロール１からの除熱量を変えて鋳造ロール１の温度分布を変え、鋳造ロール１の熱変形形状を変化させるよう、前記冷却流体流量調節手段４へ制御信号Ａを出力する制御手段５を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法及び装置に関するものである。

一般に、双ロール式連続鋳造装置は、水平方向へ所要間隔をあけて並列に延びるよう回転駆動可能に配設される円筒状の一対の鋳造ロールと、該鋳造ロールの外周面に沿って延びるよう形成された冷却流路と、該冷却流路に冷却流体を供給する冷却流体供給手段とを備え、該冷却流体供給手段にて冷却流体を冷却流路に供給しつつ前記鋳造ロールを回転駆動した状態で、該鋳造ロール間に高温（該鋳造ロール間に供給される金属の融点よりも高い温度。例えば、低炭素鋼の場合はおよそ１６００［℃］程度）の溶融金属を供給することにより、凝固金属ストリップを連続鋳造するようになっている。

前述の如き双ロール式連続鋳造装置においては、運転中（熱間）での鋳造ロールの変形量を予測し、その形状が凝固金属ストリップの要求される板厚プロファイルに合致するように、鋳造ロールに対し事前に冷間でのクラウン加工を行っている（図６参照）。

尚、前述の如き双ロール式連続鋳造装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１や特許文献２がある。

前記特許文献１には、冷却流体を鋳造ロールの長手方向中央部から両端側へ向けて流通させることにより、鋳造ロールの中央部が膨らんで凝固金属ストリップの中央部の板厚が減少することを防止する点が開示されている。

又、前記特許文献２には、鋳造ロールをそのロール軸方向へ三区画に区分し、ロール表面近くに配設する冷却溝のうち、端部に位置する二つの区画の冷却溝は同じ配設密度とし、ロール中央部に位置する区画の冷却溝は、前記端部に位置する二つの区画の冷却溝よりも配設密度を密として、中央部におけるロール表面の冷却能力を高めるように構成する点が開示されている。

特開平３−２１０９４４号公報 特開平６−２９７１０８号公報

前述の如く鋳造ロールは、凝固金属ストリップの要求される板厚プロファイルに合わせてクラウンが付与されているものの、鋳造中熱負荷を受けて高温となった状態では、内周面側と外周面側との温度差に伴う熱膨張差により外周面の軸方向形状が複雑な形状を呈し、特に両端部付近での形状変化が大きく、鋳造ロールによって鋳造される凝固金属ストリップもまた、図７に示される如く、その両端部付近の板厚が仮想線で示される目標板厚から外れて変動が生じやすくなり、不安定となりやすい。

前記凝固金属ストリップの両端部の板厚不安定はそれ自体が品質上の問題となることに加え、鋳造後に実施される圧延プロセスでの不具合、即ち、圧延時に凝固金属ストリップの左右への蛇行を抑えるためのピンチロールの機能不全や、圧延後の凝固金属ストリップの皺や亀裂の発生原因となる虞もある。

そして、運転中に何らかの原因で凝固金属ストリップの形状の変化が生じた場合にこれを補正するためには、現状では鋳造速度、溶湯量を変える等の運転条件変更が必要となるが、これら運転条件は他の因子（例えば、板厚等）のコントロールも担っているため、容易には変更できない場合がほとんどであり、しかも、従来においては、冷却流体は最大流量を鋳造ロールの冷却流路に供給することが一般的に行われており、鋳造中に鋳造ロール形状を調整することは極めて困難となっている。

因みに、熱間圧延用の仕上げ圧延ロール等では、外部から冷却流体を直接圧延ロールに噴射することで温度・変形量をコントロールする手法がとられているが、双ロール式連続鋳造装置では、高温（鋳造ロール間に供給される金属の融点よりも高い温度。例えば、低炭素鋼の場合はおよそ１６００［℃］程度）の溶融金属との接触による水蒸気爆発を回避する観点から、同方式の採用は困難である。

本発明は、斯かる実情に鑑み、凝固金属ストリップを目標形状に制御し得、凝固金属ストリップ自体の品質向上と、鋳造後に実施される圧延プロセスでのピンチロールの機能不全並びに圧延後の凝固金属ストリップの皺や亀裂の発生を防止し得る双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、水平方向へ所要間隔をあけて並列に延びるよう回転駆動可能に配設される円筒状の一対の鋳造ロールと、該鋳造ロールの外周面に沿って延びるよう形成された冷却流路と、該冷却流路に冷却流体を供給する冷却流体供給手段とを備え、該冷却流体供給手段にて冷却流体を冷却流路に供給しつつ前記鋳造ロールを回転駆動した状態で、該鋳造ロール間に溶融金属を供給することにより、凝固金属ストリップを連続鋳造する双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法であって、
前記凝固金属ストリップの幅方向両端部の板厚に応じて、前記冷却流路に供給する冷却流体の流量を調節することにより、熱伝達率を変化させ、鋳造ロールからの除熱量を変えて鋳造ロール温度分布を変え、鋳造ロールの熱変形形状を変化させることを特徴とする双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法にかかるものである。

又、本発明は、水平方向へ所要間隔をあけて並列に延びるよう回転駆動可能に配設される円筒状の一対の鋳造ロールと、該鋳造ロールの外周面に沿って延びるよう形成された冷却流路と、該冷却流路に冷却流体を供給する冷却流体供給手段とを備え、該冷却流体供給手段にて冷却流体を冷却流路に供給しつつ前記鋳造ロールを回転駆動した状態で、該鋳造ロール間に溶融金属を供給することにより、凝固金属ストリップを連続鋳造する双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御装置であって、
前記冷却流路に供給される冷却流体の流量を調節する冷却流体流量調節手段と、
前記凝固金属ストリップの幅方向両端部の板厚に応じて、前記冷却流路に供給する冷却流体の流量を調節することにより、熱伝達率を変化させ、鋳造ロールからの除熱量を変えて鋳造ロール温度分布を変え、鋳造ロールの熱変形形状を変化させるよう、前記冷却流体流量調節手段へ制御信号を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御装置にかかるものである。

上記手段によれば、以下のような作用が得られる。

冷却流体は、冷却流体供給手段により冷却流体流量調節手段を介して鋳造ロールの冷却流路へ供給され、この状態で、鋳造ロールを回転駆動し、該鋳造ロール間に溶融金属を供給することにより、凝固金属ストリップが連続鋳造される。

ここで、前記凝固金属ストリップの幅方向両端部の板厚に応じて、制御手段から前記冷却流体流量調節手段へ制御信号が出力され、前記冷却流路に供給する冷却流体の流量が調節されることにより、熱伝達率が変化し、鋳造ロールからの除熱量が変わって鋳造ロールの温度分布が変わり、鋳造ロールの熱変形形状が変化するようになる。

前記鋳造ロールは、鋳造中熱負荷を受けて高温となった状態では、内周面側と外周面側との温度差に伴う熱膨張差により外周面の軸方向形状が複雑な形状を呈し、特に両端部付近での形状変化が大きくなるが、鋳造中に鋳造ロール形状を調整することが可能となるため、鋳造ロールによって鋳造される凝固金属ストリップの両端部付近の板厚を安定化させることが可能となる。

前記凝固金属ストリップの両端部の板厚が安定化することにより、それ自体の品質が向上することに加え、鋳造後に実施される圧延プロセスでの不具合、即ち、圧延時に凝固金属ストリップの左右への蛇行を抑えるためのピンチロールが機能不全を起こしたり、圧延後の凝固金属ストリップに皺や亀裂が発生することも避けられる。

本発明の双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法及び装置によれば、凝固金属ストリップを目標形状に制御し得、凝固金属ストリップ自体の品質向上と、鋳造後に実施される圧延プロセスでのピンチロールの機能不全並びに圧延後の凝固金属ストリップの皺や亀裂の発生を防止し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施例を示す全体概要構成図である。 本発明の実施例における鋳造ロールと凝固金属ストリップを示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面相当図である。 本発明の実施例における鋳造ロールに供給される冷却流体の流れを示す斜視図である。 本発明の実施例における鋳造ロールに供給される冷却流体流量を変化させた場合の鋳造ロールの温度と熱変形量とを示す線図である。 鋳造ロールに対し事前に施される冷間でのクラウン加工の一例を示す線図である。 鋳造ロールによって鋳造される凝固金属ストリップの板厚プロファイルの一例を示す線図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１〜図５は本発明の実施例であって、１は水平方向へ所要間隔をあけて並列に延びるよう回転駆動可能に配設される円筒状の一対の鋳造ロール、２は該鋳造ロール１の外周面に沿って延びるよう形成された冷却流路、３は該冷却流路２に冷却流体Ｃを供給する冷却流体供給手段であり、該冷却流体供給手段３にて冷却流体Ｃを冷却流路２に供給しつつ前記鋳造ロール１を回転駆動した状態で、該鋳造ロール１間に溶融金属Ｍを供給することにより、凝固金属ストリップＳを連続鋳造する双ロール式連続鋳造装置において、前記冷却流路２に供給される冷却流体Ｃの流量Ｆを調節する冷却流体流量調節手段４を設けると共に、前記凝固金属ストリップＳの幅方向両端部の板厚に応じて、前記冷却流路２に供給する冷却流体Ｃの流量Ｆを調節することにより、熱伝達率を変化させ、鋳造ロール１からの除熱量を変えて鋳造ロール１の温度分布を変え、鋳造ロール１の熱変形形状を変化させるよう、前記冷却流体流量調節手段４へ制御信号Ａを出力する制御手段５を設けて、鋳造ロール形状制御装置を構成したものである。

本実施例の場合、前記冷却流体供給手段３は、図１に示す如く、前記鋳造ロール１の冷却流路２に冷却流体Ｃを循環させる循環ライン６途中に、冷却流体Ｃを圧送するポンプ７と、前記冷却流体流量調節手段４としての流量調節バルブ８と、前記冷却流路２に供給される冷却流体Ｃの流量Ｆを検出する流量計９と、前記鋳造ロール１を冷却して昇温した冷却流体Ｃを冷却する冷却塔１０とを設けてなる構成を有している。

又、前記鋳造ロール１の表面温度Ｔ１を検出する放射温度計等の鋳造ロール表面温度計１１と、前記鋳造ロール１を冷却して昇温した冷却流体Ｃの温度Ｔ２を検出する冷却流体温度計１２とを設け、前記鋳造ロール表面温度計１１で検出された鋳造ロール１の表面温度Ｔ１と、前記冷却流体温度計１２で検出された冷却流体Ｃの温度Ｔ２とを前記制御手段５に入力し、前記鋳造ロール１の表面温度Ｔ１が予め設定された鋳造ロール１の使用限界となる耐熱温度に達するか、或いは前記冷却流体Ｃの温度Ｔ２が予め設定された温度に達した場合には、仮に前記凝固金属ストリップＳの幅方向両端部の板厚が要求される値より厚く、鋳造ロール１からの除熱量を更に減少させる必要があったとしても、冷却流体Ｃの流量Ｆはそれ以上絞らないようにしてある。

更に又、前記鋳造ロール１の外周面に沿って延びるよう形成された冷却流路２は、図２に示す如く、鋳造ロール１の周方向へ多数配設される孔として穿設され、該孔の両端部は、図３に示す如く、プラグ１３で塞ぎ、互いに隣接する三本の孔としての冷却流路２をそれぞれ一つのユニットとし、該ユニットにおける互いに隣接する二本の孔としての冷却流路２の他端部を連通孔２ａで連通させ、且つ残りの一本の孔としての冷却流路２の一端部とそれに隣接する一本の孔としての冷却流路２の一端部とを連通孔２ｂで連通させ、鋳造ロール１の一端側に環状供給ヘッダ空間１４を形成し、該環状供給ヘッダ空間１４に、鋳造ロール１の半径方向へ延びる供給孔１５を介して前記一つのユニットにおける所望の冷却流路２の一端側を接続し、鋳造ロール１の他端側に環状排出ヘッダ空間１６を形成し、該環状排出ヘッダ空間１６に、鋳造ロール１の半径方向へ延びる排出孔１７を介して前記一つのユニットにおける所望の冷却流路２の他端側を接続し、前記鋳造ロール１の一端に、前記環状供給ヘッダ空間１４へ冷却流体Ｃを導く供給ロータリージョイント１８（図１参照）を取り付けると共に、前記鋳造ロール１の他端に、前記環状排出ヘッダ空間１６から冷却流体Ｃを排出する排出ロータリージョイント１９（図１参照）を取り付け、前記冷却流体供給手段３の循環ライン６（図１参照）を流れる冷却流体Ｃを前記供給ロータリージョイント１８から環状供給ヘッダ空間１４と供給孔１５とを介して冷却流路２の一端へ供給し、該冷却流路２の一端へ供給された冷却流体Ｃを他端へ向け流通させ、他端部で連通孔２ａを介して隣接する次の冷却流路２へ移行させ、該隣接する次の冷却流路２へ移行させた冷却流体Ｃを一端へ向け折り返す形で流通させ、一端部で連通孔２ｂを介して隣接する更に次の冷却流路２へ移行させ、該隣接する更に次の冷却流路２へ移行させた冷却流体Ｃを他端へ向け折り返す形で流通させ、排出孔１７と環状排出ヘッダ空間１６とを介して排出ロータリージョイント１９から前記循環ライン６（図１参照）へ戻すようにし、これにより、図４に示す如く、鋳造ロール１の軸方向へ一往復半ジグザグ状に流通する冷却流体Ｃの流れが鋳造ロール１の周方向へ多数形成されるようにしてある。

一方、図５は本発明の実施例における鋳造ロール１に供給される冷却流体Ｃの流量Ｆを、２６４０［ｇｐｍ］（ｇｐｍ：gallon per minute）、２０００［ｇｐｍ］、１５００［ｇｐｍ］と変化させた場合の鋳造ロール１の温度と熱変形量とを示す線図であり、このように既に得られている冷却流体Ｃの流量Ｆと鋳造ロール１の熱変形形状との関係の数値モデルを利用し、該数値モデルと実際に鋳造される凝固金属ストリップＳの形状とを考慮して前記流量Ｆを決定するようにしてある。

次に、上記実施例の作用を説明する。

図１に示す如く、冷却流体Ｃは、冷却流体供給手段３を構成するポンプ７により冷却流体流量調節手段４としての流量調節バルブ８と流量計９とを介し、供給ロータリージョイント１８から鋳造ロール１の冷却流路２へ供給され、該鋳造ロール１から熱を奪い、排出ロータリージョイント１９から循環ライン６へ戻され、冷却塔１０で冷却された後、前記ポンプ７により循環され、この状態で、図２に示す如く、鋳造ロール１を回転駆動し、該鋳造ロール１間に溶融金属Ｍを供給することにより、凝固金属ストリップＳが連続鋳造される。

ここで、前記凝固金属ストリップＳの幅方向両端部の板厚に応じて、制御手段５から前記冷却流体流量調節手段４としての流量調節バルブ８へ制御信号Ａが出力され、該流量調節バルブ８の開度調節が行われ、前記冷却流路２に供給する冷却流体Ｃの流量Ｆが調節されることにより、熱伝達率が変化し、鋳造ロール１からの除熱量が変わって鋳造ロール１の温度分布が変わり、図５に示す如く、鋳造ロール１の熱変形形状が変化するようになる。

前記鋳造ロール１は、鋳造中熱負荷を受けて高温となった状態では、内周面側と外周面側との温度差に伴う熱膨張差により外周面の軸方向形状が複雑な形状を呈し、特に両端部付近での形状変化が大きくなるが、鋳造中に鋳造ロール１の形状を調整することが可能となるため、鋳造ロール１によって鋳造される凝固金属ストリップＳの両端部付近の板厚を安定化させることが可能となる。

前記凝固金属ストリップＳの両端部の板厚が安定化することにより、それ自体の品質が向上することに加え、鋳造後に実施される圧延プロセスでの不具合、即ち、圧延時に凝固金属ストリップＳの左右への蛇行を抑えるためのピンチロールが機能不全を起こしたり、圧延後の凝固金属ストリップＳに皺や亀裂が発生することも避けられる。

一方、前記鋳造ロール１の表面温度Ｔ１は鋳造ロール表面温度計１１にて検出され、又、前記鋳造ロール１を冷却して昇温した冷却流体Ｃの温度Ｔ２は冷却流体温度計１２にて検出されて、それぞれ前記制御手段５に入力されており、前記鋳造ロール１の表面温度Ｔ１が予め設定された鋳造ロール１の使用限界となる耐熱温度に達するか、或いは前記冷却流体Ｃの温度Ｔ２が予め設定された温度に達した場合には、仮に前記凝固金属ストリップＳの幅方向両端部の板厚が要求される値より厚く、鋳造ロール１からの除熱量を更に減少させる必要があったとしても、冷却流体Ｃの流量Ｆはそれ以上絞らないようにしてあるため、鋳造ロール１が耐熱温度以上に昇温する心配はなく、安定した運転が可能となる。

又、鋳造ロール１の周方向に並ぶ多数の冷却流路２には交互流となるように冷却流体Ｃを流通させるので、流量Ｆが少ない時に懸念される流動方向の温度分布は隣り合う冷却流路２同士で略キャンセルされ、除熱量のムラ等の問題は生じにくい。

こうして、凝固金属ストリップＳを目標形状に制御し得、凝固金属ストリップＳ自体の品質向上と、鋳造後に実施される圧延プロセスでのピンチロールの機能不全並びに圧延後の凝固金属ストリップＳの皺や亀裂の発生を防止し得る。

尚、本発明の双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法及び装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、前記冷却流体流量調節手段４として流量調節バルブ８を用いる代わりに、冷却流体流量調節手段４としてポンプ７の回転数を調節するようにしても良いこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

又、図１の実施例では、冷却水が鋳造ロール１の一方（図１に向かって左側）から供給され他方（図１に向かって右側）から排出される構成となっているが、このような実施例にのみ限定されるものでもない。例えば、冷却水が鋳造ロールの一方から供給され同じ側から排出される構成の鋳造ロールを採用しても良いし、一つの鋳造ロールの中に二系統の冷却水路が存在し、一方の冷却水路は鋳造ロールの一方から他方に向けて冷却水が流れ、他方の冷却水路は鋳造ロールの他方から一方に向けて冷却水が流れるような構成となっていても良い。

１ 鋳造ロール
２ 冷却流路
３ 冷却流体供給手段
４ 冷却流体流量調節手段
５ 制御手段
６ 循環ライン
７ ポンプ
８ 流量調節バルブ
９ 流量計
１０ 冷却塔
１１ 鋳造ロール表面温度計
１２ 冷却流体温度計
Ａ 制御信号
Ｃ 冷却流体
Ｆ 流量
Ｍ 溶融金属
Ｓ 凝固金属ストリップ
Ｔ１ 表面温度
Ｔ２ 温度

Claims (2)

1. 水平方向へ所要間隔をあけて並列に延びるよう回転駆動可能に配設される円筒状の一対の鋳造ロールと、該鋳造ロールの外周面に沿って延びるよう形成された冷却流路と、該冷却流路に冷却流体を供給する冷却流体供給手段とを備え、該冷却流体供給手段にて冷却流体を冷却流路に供給しつつ前記鋳造ロールを回転駆動した状態で、該鋳造ロール間に溶融金属を供給することにより、凝固金属ストリップを連続鋳造する双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法であって、
   前記凝固金属ストリップの幅方向両端部の板厚に応じて、前記冷却流路に供給する冷却流体の流量を調節することにより、熱伝達率を変化させ、鋳造ロールからの除熱量を変えて鋳造ロール温度分布を変え、鋳造ロールの熱変形形状を変化させることを特徴とする双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御方法。
2. 水平方向へ所要間隔をあけて並列に延びるよう回転駆動可能に配設される円筒状の一対の鋳造ロールと、該鋳造ロールの外周面に沿って延びるよう形成された冷却流路と、該冷却流路に冷却流体を供給する冷却流体供給手段とを備え、該冷却流体供給手段にて冷却流体を冷却流路に供給しつつ前記鋳造ロールを回転駆動した状態で、該鋳造ロール間に溶融金属を供給することにより、凝固金属ストリップを連続鋳造する双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御装置であって、
   前記冷却流路に供給される冷却流体の流量を調節する冷却流体流量調節手段と、
   前記凝固金属ストリップの幅方向両端部の板厚に応じて、前記冷却流路に供給する冷却流体の流量を調節することにより、熱伝達率を変化させ、鋳造ロールからの除熱量を変えて鋳造ロール温度分布を変え、鋳造ロールの熱変形形状を変化させるよう、前記冷却流体流量調節手段へ制御信号を出力する制御手段と
   を備えたことを特徴とする双ロール式連続鋳造装置の鋳造ロール形状制御装置。

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